[SE-13] 전통적 개발 방법론 - 설계

1. 설계 (Design)

• 요구사항 분석 단계의 산출물인 요구사항 분석 명세서의 기능이 실현되도록 알고리즘과 그 알고리즘에 의해 처리될 자료 구조를 문서화하는 것

2. 소프트웨어 설계 모형

• 구성 : 데이터 설계 - 아키텍처 설계 - 인터페이스 설계 - 절차 설계
• 데이터 설계 : 요구사항 분석 단계에서 생성된 정보를 소프트웨어로 구현하는 데 필요한 자료 구조로 변환
• 아키텍처 설계 : 소프트웨어를 구성하는 모듈 간의 관계와 프로그램 구조를 정의
• 인터페이스 설계: 소프트웨어와 상호 작용하는 시스템, 사용자 등과 어떻게 통신하는지 기술
• 절차 설계: 모듈이 수행할 기능을 절차적 기술로 바꾸는 것

- 설계 모형의 구조도

- 소프트웨어 설계에 사용되는 대표적인 3가지 추상화 기법 

• 제어 추상화 : 제어의 정확한 메커니즘을 정의하지 않고 원하는 효과를 정하는 데 이용하는 방법
• 기능 추상화 : 입력 자료를 출력자료로 변환하는 과정을 추상화하는 방법
• 자료 추상화 : 자료와 자료에 적용될 수 있는 기능을 함께 정의함으로써 자료 객체를 구성하는 방법

- 프로그램 구조 (Program Structure)

• 소프트웨어의 구성 요소인 모듈의 계층적 구성을 나타내는 것으로, 제어 계층 구조라고도 함
• 프로그램의 순서, 선택, 반복과 같은 소프트웨어의 절차적인 처리 과정을 나타내지 않음
• 프로그램 구조는 일반적으로 트리 구조의 다이어그램으로 표기(사각형은 모듈을 나타냄)

- 프로그램 구조에서 사용되는 용어

• Fan-in(공유도) : 얼마나 많은 모듈이 주어진 모듈을 호출(제어)하는가를 나타냄, 주어진 한 모듈을 호출(제어)하는 상위 모듈 수
• Fan-Out(제어도) : 어떤 모듈에 의해 호출(제어)되는 모듈의 수, 주어진 한 모듈이 호출(제어)하는 하위 모듈 수
• 깊이(Depth) : 최상위 모듈에서 주어진 모듈까지의 깊이
• 넓이(Width) : 같은 등극(level)의 모듈 수
• 주종적 모듈(Superordinate) : 다른 모듈을 제어(호출)하는 모듈
• 종속적 모듈(Subordinate) : 어떤 모듈에 의해 제어(호출)되는 모듈  

- 바람직한 설계의 특징(=좋은 설계에 대한 기준) 

• 설계는 모듈적이어야 함 (독립적인 기능적 특성을 가진 요소(모듈)로 구성되어야 함)
• 설계는 자료와 프로시저에 대한 분명하고 분리된 표현을 포함해야 함
• 소프트웨어 요소(모듈)들 간의 효과적인 제어를 위해 설계에서 계층적 조직이 제시되어야 함
• 소프트웨어는 논리적으로 특별한 기능과 부 기능을 수행하는 요소들로 나누어져야 함

3. 모듈과 모듈화

- 모듈(Module)

• 소프트웨어를 각 기능별로 분할한 것
• 소프트웨어 구조를 이루는 기본 단위

- 모듈화 (Modularity)

• 소프트웨어를 각 기능별로 분할하는 것

- 모듈화 장점

• 융통성
• 경제성
• 확장성

- 모듈의 기능적 독립성

• 소프트웨어를 구성하는 각 모듈의 기능이 독립됨을 의미
• 기능적으로 독립된 모듈은 특정 기능을 수행하고, 다른 모듈과는 간단한 인터페이스만을 가지므로 개발이 쉽고 재사용이 가능함
• 독립성이 높은 모듈일수록 모듈을 수정하더라도 다른 모듈들에게는 거의 영향을 미치지 않으며, 오류가 발생해도 쉽게 발견할 수 있고 해결할 수 있음
• 모듈의 독립성은 결합도(Coupling)와 응집도(Cohesion)에 의해 측정되며, 독립성을 높이려면 모듈의 결합도를 약하게 하고 응집도를 강하게 하며 모듈의 크기를 작게 만들어야 함
• 결합도와 응집도는 소프트웨어 설계 시 평가 지침이 됨

4. 결합도 (Coupling)

• 두 모듈 간의 상호 의존도를 나타낸 것
• 한 모듈과 다른 모듈 간의 상호 의존도 또는 두 모듈 사이의 연관 관계
• 독립적인 모듈이 되기 위해서는 각 모듈 간의 결합도가 약해야 하며, 의존하는 모듈이 적어야 함 

결합 정도에 따른 순서 

 - 데이터 결합도(Data Coupling) 

• 모듈 간의 인터페이스가 자료 요소로만 구성된 경우
• 모듈이 파라미터나 인수로 다른 모듈에게 데이터를 넘겨주고, 호출받은 모듈은 받은 데이터에 대한 처리 결과를 다시 돌려주는 유형의 모듈 결합도

- 스탬프 결합도(Stamp Coupling)

• 두 모듈이 동일한 자료 구조를 조회하는 경우의 결합도
• 모듈 간의 인터페이스로 자료 구조(배열이나 레코드 등)가 전달된 경우
• 자료 구조의 어떠한 변화(포맷이나 구조의 변화)는 그것을 조회하는 모든 모듈 및 변화되는 필드를 실제로 조회하지 않는 모듈에까지 영향을 미치게 되는 결합도

- 제어 결합도(Control Coupling)

• 한 모듈에서 다른 모듈로 논리적인 흐름을 제어하는 데 사용되는 제어 요소가 전달될 때의 결합도

- 외부 결합도(External Coupling)

• 어떤 모듈에서 외부로 선언한 데이터(변수)를 다른 모듈에서 참조할 때의 결합도

- 공통(공유) 결합도(Common Coupling)

• 한 모듈이 다른 모듈에게 제어 요소를 전달하고, 여러 모듈이 공통 자료 영역을 사용하는 경우

- 내용 결합도(Content Coupling)

• 한 모듈이 다른 모듈의 내용(내부 기능 및 그 내부 자료)을 참조하는 경우 내용 결합이라고 함
• 한 모듈이 다른 모듈의 일부분을 참조 또는 수정하는 경우

5. 응집도(Cohesion)

• 모듈 안의 요소들이 서로 관련되어 있는 정도

응집 정도에 따른 순서 

- 기능적 응집도(Functional Cohesion) 

• 모듈 내부의 모든 기능 요소들이 단일 문제와 연관되어 수행될 경우의 응집도

- 순차적 응집도(Sequential Cohesion)

• 한 모듈 내부의 한 기능 요소에 의한 출력 자료가 다음 기능 원소의 입력 자료로서 제공되는 형태

- 교환(통신)적 응집도(Communication Cohesion)

• 동일한 입력과 출력을 사용하는 소작업들이 모인 모듈에서 볼 수 있음

- 절차적 응집도(Procedural Cohesion)

• 모듈 내부의 요소들이 여러 관련 기능이 있을 경우 순차적으로 수행할 경우의 응집도

- 시간적 응집도(Temporal Cohesion)

• 특정 시간에 처리되는 몇 개의 기능을 모아 하나의 모듈로 작성할 경우의 응집도

- 논리적 응집도(Logical Cohesion)

• 유사한 성격을 갖거나 특정 형태로 분류되는 처리 요소들로 하나의 모듈이 형성되는 경우의 응집도

- 우연적 응집도(Coincidental Cohesion)

• 모듈 내부의 각 구성 요소들이 서로 관련 없는 요소로만 구성된 경우의 응집도

6. 효과적인 모듈화 설계 방안 

• 응집도는 강하고, 결합도는 약해야 함.
• 복잡도와 중복을 피함
• 모듈의 기능은 예측이 가능해야 하며 지나치게 제한적이어서는 안 됨
• 유지보수가 용이해야 함